모든 사람들은 강국 오페라 가수가 올바른 음을 치고 크리스탈 유리가 소음으로 인해 부서지는 오래된 비유를 알고 있지만 실제로 가능할까요? 현실보다 영화 나 만화에서 볼 가능성이 훨씬 더 높은 상황과 같이 상황이 험난 해 보일 수 있습니다.
사실, 현상 공명 공진 주파수 (일치하는 주파수) 여부에 관계없이 실생활에서 기술적으로 가능함을 의미합니다. 유리의 고유 주파수)는 누군가의 목소리 또는 하나 이상의 뮤지컬에 의해 생성됩니다. 악기.
공명에 대해 더 많이 배우면 소리가 어떻게 작동하는지, 많은 사람들을 뒷받침하는 원리를 이해할 수 있습니다. 악기 및 스윙 세트 또는 로프와 같은 기계 시스템에서 모션을 증가 또는 감소시키는 방법 다리.
공명의 정의
단어 공명 원래 라틴어 출신 공명 증, "에코"를 의미하며 에코 또는 "다시 소리"를 반환하는 것을 의미하는 울림과 밀접한 관련이 있습니다. 이들 두 가지 정의는 이미 음파와 관련이 있으며 물리학에서 단어의 의미에 대한 기본 그림을 제공합니다. 너무.
그러나보다 구체적으로 물리학에서 공진의 정의는 외부 진동 또는 진동의 주파수가 물체 (또는 공동의)와 일치하는 경우입니다. 고유 주파수, 결과적으로 진동을 일으키거나 진동의 진폭을 증가시킵니다.
기계 시스템에서 공명은 소리 또는 기타 진동의 증폭, 강화 또는 연장을 의미합니다. 위의 정의에서와 같이 주파수에 적용되는 외부주기적인 힘이 필요합니다. 물체에 대한 고유 운동 주파수와 같으며 때로는 공명이라고도합니다. 회수.
모든 물체에는 고유 주파수 또는 공명 주파수가 있으며, 이는 물체가 진동하기를 "좋아하는"주파수로 생각할 수 있습니다. 예를 들어, 손톱으로 크리스탈 유리를 두드리면 공진 주파수로 진동하기 시작하고 해당 피치로 "팅"을 생성합니다. 진동의 빈도는 물체의 물리적 특성에 따라 달라지며, 팽팽한 끈과 같은 일부에 대해이를 매우 잘 예측할 수 있습니다.
공명의 예 – 사운드 공명
공명의 몇 가지 예에 대해 배우면 일상 생활에서 만나는 다양한 형태의 공명을 이해하는 데 도움이됩니다. 가장 일반적이고 가장 간단한 예는 음파입니다. 왜냐하면 오른쪽에서 성대를 진동시킬 때 주파수 (목구멍과 입의 구멍을 위해), 다른 사람들이 말하는 음색과 음악적 음색을 생성 할 수 있습니다. 들을 수.
성대의 진동은 음파를 생성합니다. 번갈아 가며 압축 된 섹션 (평균 밀도 이상)과 희소성 (평균 미만) 밀도).
대부분의 악기는 같은 방식으로 작동합니다. 예를 들어, 금관 악기에서 마우스 피스에 대한 연주자의 입술 진동은 초기 진동을 생성하고 이것이 공명과 일치 할 때 그 또는 그녀가 불어 넣는 파이프의 크기에 대한 주파수 (또는 그것의 배수), 공명이 있으며 진동의 진폭이 눈에 띄게 증가하여 가청 톤.
목 관악기에는 공기가 통과 할 때 진동하는 "갈대"가 있으며, 동일한 공명 및 증폭 과정이이 작은 진동을 가청 음악 톤으로 바꿉니다. 기타와 같은 현악기는 약간 다르지만 현에는 진동의 공진 주파수가 있고 생성 된 음파가 캐비티 (예: 어쿠스틱 기타 본체의 공간)에서 공명하여 소음을 발생시킵니다. 더 크게.
더 간단한 예는 도구 나 접시를 땅에 떨어 뜨리는 경우입니다. 생성 된 클랭은 공진 주파수에서 진동하는 도구 또는 플레이트에 의해 발생합니다. 소리를 생성하는이 더 간단한 방법은 신중하게 설계된 튜닝 포크에서 사용됩니다. 고유 주파수로 특정 피치를 생성하여 음악가가 악기를 튜닝 할 수 있습니다. 에.
공명의 예 – 기계적 공명
공명은 일반적으로 음파를 나타내는 데 사용되지만 기계적 공명은 어떤면에서 이해하기 더 쉽습니다. 간단한 예는 처음으로 스윙을 펌핑하는 법을 배우는 아이입니다. 스윙의 진동 운동은 고유 진동수를 가지며, 아이가 밀기를 배우면 (즉, 주기적인 힘을 가하는 것) 스윙의 고유 진동수에서 밀기는 훨씬 더 유효한. 그 결과 스윙의 진동 진폭이 증가하고 그 위에 앉은 사람이 매번 더 높아집니다.
하지만 물체의 고유 진동수에 도달하는 것이 항상 좋은 것은 아닙니다. 예를 들어, 병사들이 일제히 밧줄 다리를 가로 질러 행진하면 통제 불능으로 진동 할 수 있으며, 고유 주파수로 발을 디디면 붕괴 될 수도 있습니다. 이와 같은 경우 장군은 다리의 고유 진동수에주기적인 힘을 가하지 않도록 "브레이크 스텝"을 요청할 수 있습니다.
훨씬 더 안정적인 브리지 설계에는 공진 주파수가 있지만 이는 드문 원인 (예: 1831 년에 무너진 영국의 다리 인 Broughton Suspension Bridge는 다리).
아날로그 시계는 또한 시간을 유지하기 위해 기계적인 공명과 부품의 고유 주파수에 의존합니다. 예를 들어, 진자 시계는 진자 스윙의 고유 주파수를 사용하여 시간을 유지하고 밸런스 휠은 동일한 기본 원리로 작동합니다. 수정 크리스탈 시계조차도 공명 주파수에 의존하지만이 경우 수정은 전자 발진기의 발진으로 인해 단순한 것에 비해 정확도가 크게 향상되었습니다. 디자인.
공명의 다른 예
다른 많은 형태의 공명도 있으며 모두 동일한 기본 원리로 작동합니다. 여러분이 익숙하게 알게 될 공진의 다른 두 가지 예는 기계적 진동이 아닌 전자기 진동과 관련이 있습니다. 첫 번째는 전자 레인지입니다.
전자 레인지에 의해 생성 된 파동은 음식의 공명 주파수와 일치하기 때문에 음식에 열을 발생시킵니다. 식품 내부의 분자 (예: 물 및 지방 분자)로 인해 흔들리면서 에너지를 방출합니다. 열.
또 다른 예는 TV 용 안테나 또는 라디오 안테나입니다. 이러한 장치는 전자기 방사의 흡수를 최대화하도록 설계되었으며 안테나를 특정 주파수로 "조정"하면 장치의 공진 주파수를 조정하게됩니다. 안테나의 주파수가 들어오는 신호의 주파수와 일치하면 공명하고 TV 또는 라디오에서 신호를 "수신"합니다.
그렇다면 크리스탈은 어떻게 깨지나요?
이제 공진의 정의와 공명 주파수가 무엇인지에 대한 요점을 이해 했으므로 오른쪽에서 노래를 부르면서 크리스탈 유리를 깨뜨리는 가수의 전형적인 예를 이해할 수 있습니다. 피치. 유리에는 공진 주파수가 있으며 가수가 일치하는 주파수로 소리를 내면 유리가 진동하기 시작합니다. 이것은 교감 진동 가수가 소리를 내기 전에 잔이 완전히 고요했기 때문입니다.
처음에는 유리에 작은 진동이있을 수 있지만 실제로 유리를 깨 뜨리려면 적절한 주파수에서 지속적이고 큰 음이 필요합니다. 가수가 이것을 할 수 있다면 유리의 진동 진폭이 증가하고 결국 유리의 구조적 무결성이 손상되기 시작합니다. 이 시점에서만 – 유리의 진동이 지원할 수있는 최대 진폭에 도달 할만큼 충분히 오랫동안 음표가 지속되었을 때 – 유리가 실제로 깨질 때입니다.
